DE112017007960T5 - Semiconductor module and power conversion device - Google Patents
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Abstract
Ein Halbleiterchip (2) enthält eine Oberflächenelektrode (3). Ein leitfähiges Bondingelement (8) umfasst erste und zweite Bondingelemente (8a, 8b), die auf der Oberflächenelektrode (3) vorgesehen sind. Eine Lead-Elektrode (9) ist über das erste Bondingelement (8a) an einen Teil der Oberflächenelektrode (3) gebondet und hat keinen Kontakt mit dem zweiten Bondingelement (8b). Ein Signaldraht (11) ist an die Oberflächenelektrode (3) gebondet. Das zweite Bondingelement (8b) ist zwischen dem ersten Bondingelement (8a) und dem Signaldraht (11) angeordnet. Eine Dicke des ersten Bondingelements (8a) ist größer als eine Dicke des zweiten Bondingelements (8b).A semiconductor chip (2) contains a surface electrode (3). A conductive bonding element (8) comprises first and second bonding elements (8a, 8b) which are provided on the surface electrode (3). A lead electrode (9) is bonded to a part of the surface electrode (3) via the first bonding element (8a) and has no contact with the second bonding element (8b). A signal wire (11) is bonded to the surface electrode (3). The second bonding element (8b) is arranged between the first bonding element (8a) and the signal wire (11). A thickness of the first bonding element (8a) is greater than a thickness of the second bonding element (8b).
Description
Gebietarea
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleitermodul und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung.The present invention relates to a semiconductor module and a power conversion device.
Hintergrundbackground
Da Halbleitermodule kleiner werden und zunehmend höheren Strom nutzen, nimmt die Stromdichte, die durch Halbleiterchips und eine Hauptelektrodenverdrahtung fließt, die die Halbleitermodule bilden, beträchtlich zu. Aus diesem Grund wird als die Hauptelektrodenverdrahtung für Oberflächen von Halbleiterchips eine DLB-(Direct-Lead-Bonding)-Struktur verwendet, in der Kontakt- bzw. Lead-Elektroden, die aus einer Kupferplatte oder dergleichen aufgebaut sind, durch ein Lot oder dergleichen direkt an die Halbleiterchips gebondet sind.As semiconductor modules become smaller and use increasingly higher current, the current density flowing through semiconductor chips and a main electrode wiring, which form the semiconductor modules, increases considerably. For this reason, as the main electrode wiring for surfaces of semiconductor chips, a DLB (Direct Lead Bonding) structure is used, in which contact electrodes made of a copper plate or the like are directly soldered or the like to which semiconductor chips are bonded.
Darüber hinaus werden Signaldrähte mittels Ultraschall an eine Gateelektrode, eine Emitterelektrode, eine Strommesselektrode, eine Temperaturmesselektrode oder dergleichen auf der Oberfläche eines Halbleiterchips gebondet. Unter den Gesichtspunkten von Einschränkungen an oder zur Vereinfachung von Strukturen oder Prozessen oder dergleichen wird eine elektrische Verdrahtung an die Oberfläche eines Halbleiterchips ausgeführt, indem zuerst die Lead-Elektrode über DLB gebondet wird und dann Signaldrähte gebondet werden. Deshalb muss die Lead-Elektrode in einem vorbestimmten Abstand weg vom Drahtbonding-Bereich gehalten werden, um so zu verhindern, dass ein Drahtbonding-Instrument, um den Signaldraht mittels Ultraschall zu bonden, die Lead-Elektrode berührt. Folglich wird die Lead-Elektrode an nur einen Teil der Oberflächenelektrode gebondet.In addition, signal wires are ultrasonically bonded to a gate electrode, an emitter electrode, a current measuring electrode, a temperature measuring electrode or the like on the surface of a semiconductor chip. From the viewpoint of restrictions on or to simplify structures or processes or the like, electrical wiring is performed on the surface of a semiconductor chip by first bonding the lead electrode via DLB and then bonding signal wires. Therefore, the lead electrode must be kept a predetermined distance away from the wire bonding area so as to prevent a wire bonding instrument from ultrasonically bonding the signal wire from contacting the lead electrode. As a result, the lead electrode is bonded to only a part of the surface electrode.
Wenn ein leitfähiges Bondingelement nur an einem an die Lead-Elektrode gebondeten Teil auf der Oberflächenelektrode vorgesehen ist, ist es wahrscheinlicher, dass ein Strom direkt unter der Lead-Elektrode fließt, und ein durch den Halbleiterchip fließender Strom wird ungleichmäßig. Aus diesem Grund nimmt eine Durchbruchfestigkeit zur Zeit eines Kurzschlusses ab und nimmt ein Temperaturanstieg beim Halbleiterchip zu. Deshalb wird ein leitfähiges Bondingelement auch bei Teilbereichen ohne Kontakt mit der Lead-Elektrode auf der Oberflächenelektrode vorgesehen (z.B. siehe PTL1).If a conductive bonding member is provided only on a part bonded to the lead electrode on the surface electrode, a current is more likely to flow directly under the lead electrode, and a current flowing through the semiconductor chip becomes uneven. For this reason, breakdown strength decreases at the time of a short circuit and temperature rise in the semiconductor chip. For this reason, a conductive bonding element is provided on the surface electrode even in partial areas without contact with the lead electrode (e.g. see PTL1).
ZitatlisteCitation list
PatentliteraturPatent literature
[PTL 1]
ZusammenfassungSummary
Technisches ProblemTechnical problem
Wenn die Dicke des leitfähigen Bondingelements gering ist, nimmt eine dem Halbleiterchip und dem leitfähigen Bondingelement beaufschlagte thermische Spannung zu. Falls die Dicke des leitfähigen Bondingelements erhöht wird, um die Zunahme der thermischen Spannung zu verhindern, ist es wahrscheinlicher, dass das Drahtbonding-Instrument das leitfähige Bondingelement berührt. Beide Gründe ergeben ein Problem, dass sich eine Zuverlässigkeit des Produkts verschlechtert.When the thickness of the conductive bonding element is small, a thermal stress applied to the semiconductor chip and the conductive bonding element increases. If the thickness of the conductive bonding member is increased to prevent the thermal stress from increasing, the wire bonding instrument is more likely to contact the conductive bonding member. Both reasons pose a problem that the reliability of the product deteriorates.
Die vorliegende Erfindung wurde verwirklicht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleitermodul und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die imstande sind, eine Zuverlässigkeit des Produkts zu verbessern.The present invention has been accomplished to solve the problem described above, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor module and a power conversion device capable of improving product reliability.
Lösung für das ProblemSolution to the problem
Ein Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Halbleiterchip, der eine Oberflächenelektrode enthält; ein leitfähiges Bondingelement, das erste und zweite Bondingelemente umfasst, die auf der Oberflächenelektrode vorgesehen sind; eine Lead-Elektrode, die über das erste Bondingelement an einen Teil der Oberflächenelektrode gebondet ist und keinen Kontakt mit dem zweiten Bondingelement hat; und einen Signaldraht, der an die Oberflächenelektrode gebondet ist, wobei das zweite Bondingelement zwischen dem ersten Bondingelement und dem Signaldraht angeordnet ist und eine Dicke des ersten Bondingelements größer als eine Dicke des zweiten Bondingelements ist.A semiconductor module according to the present invention comprises: a semiconductor chip containing a surface electrode; a conductive bonding member including first and second bonding members provided on the surface electrode; a lead electrode bonded to a part of the surface electrode via the first bonding element and not in contact with the second bonding element; and a signal wire bonded to the surface electrode, wherein the second bonding element is disposed between the first bonding element and the signal wire and a thickness of the first bonding element is greater than a thickness of the second bonding element.
Vorteilhafte Effekte der ErfindungAdvantageous effects of the invention
In der vorliegenden Erfindung ist es, indem man das erste Bondingelement, das die Oberflächenelektrode und die Lead-Elektrode bondet, dicker macht, möglich, eine dem Halbleiterchip und dem leitfähigen Bondingelement beaufschlagte thermische Spannung zu reduzieren. Indem man das nahe den Signaldrähten angeordnete zweite Bondingelement dünner macht, kann darüber hinaus der Signaldraht gebondet werden, ohne dass das Drahtbonding-Instrument das leitfähige Bondingelement berührt. Dadurch kann eine Zuverlässigkeit des Produkts verbessert werden.In the present invention, by making the first bonding member that bonds the surface electrode and the lead electrode thicker, it is possible to reduce a thermal stress applied to the semiconductor chip and the conductive bonding member. In addition, by making the second bonding element located near the signal wires thinner, the signal wire can be bonded without the wire bonding instrument touching the conductive bonding element. This can improve the reliability of the product.
Figurenliste Figure list
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1 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht.1 10 is a plan view illustrating a semiconductor module according to an embodiment 1. -
2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-II in1 .2nd FIG. 12 is a cross sectional view taken along a line I-II in FIG1 . -
3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-IV in1 .3rd Fig. 10 is a cross sectional view taken along a line III-IV in Fig. 141 . -
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht.4th 12 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor module according to anembodiment 2. -
5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht.5 12 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor module according to anembodiment 3. -
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform 4 veranschaulicht.6 12 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor module according to anembodiment 4. -
7 ist Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines elektrischen Leistungsumwandlungssystems veranschaulicht, für das die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 verwendet wird.7 10 is a block diagram illustrating a configuration of an electric power conversion system to which the electric power conversion device according to anembodiment 5 is used.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden ein Halbleitermodul und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Komponenten werden mit den gleichen Symbolen bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung kann weggelassen werden.A semiconductor module and a power conversion device according to the embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same components are denoted by the same symbols, and their repeated description can be omitted.
Ausführungsform 1Embodiment 1
Auf der Elektrodenschaltungsstruktur
Ein Metallfilm
Signaldrähte
Da die Lead-Elektrode
In dem Teilbereich, wo die Lead-Elektrode
Das zweite Bondingelement
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Dicke des ersten Bondingelements
Überdies beträgt die Dicke des ersten Bondingelements
Ausführungsform 2
Ausführungsform 3
Ausführungsform 4
Der Halbleiterchip
Ausführungsform 5
In dieser Ausführungsform wird das Halbleitermodul gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 für eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung verwendet. Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung ist beispielsweise eine Invertervorrichtung, eine Wandlervorrichtung, ein Servoverstärker oder eine Stromversorgungseinheit. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezifische elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung beschränkt ist, wird im Folgenden ein Fall beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung für einen Dreiphasen-Inverter verwendet wird.In this embodiment, the semiconductor module according to one of the above-described embodiments 1 to 4 is used for an electrical power conversion device. The electrical power conversion device is, for example, an inverter device, a converter device, a servo amplifier or a power supply unit. Although the present invention is not limited to a specific electric power conversion device, a case in which the present invention is used for a three-phase inverter will be described below.
Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung
Die Last
Im Folgenden wird die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung
Ferner enthält die Hauptumwandlungsschaltung
Die Steuerschaltung
In der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird als das Halbleitermodul
Während diese Ausführungsform ein Beispiel veranschaulicht, in welchem die vorliegende Erfindung für einen Dreiphasen-Inverter mit zwei Niveaus verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen beschränkt und kann für verschiedene elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtungen verwendet werden. Während diese Ausführungsform eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung mit zwei Niveaus veranschaulicht, kann die vorliegende Erfindung auch auf eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung mit drei Niveaus oder mehr Niveaus angewendet werden. Wenn einer einphasigen Last Leistung bereitgestellt wird, kann die vorliegende Erfindung für einen einphasigen Inverter verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch für einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler verwendet werden, wenn einer DC-Last oder dergleichen Leistung bereitgestellt wird.While this embodiment illustrates an example in which the present invention is used for a three-phase inverter with two levels, the present invention is not limited to these and can be used for various electrical power conversion devices. While this embodiment illustrates an electric power conversion device with two levels, the present invention can also be applied to an electric power conversion device with three levels or more levels. When power is provided to a single phase load, the present invention can be used for a single phase inverter. The present invention can also be used for a DC / DC converter or an AC / DC converter when providing power to a DC load or the like.
In der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung, für die die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist ferner die oben erwähnte Last nicht auf einen Elektromotor beschränkt. Beispielsweise kann die Last auch als Stromversorgungsvorrichtung für eine Elektroerodiermaschine, eine Laserstrahlmaschine, eine Kocheinrichtung mit Induktionsheizung oder ein System zur berührungslosen Leistungseinspeisung einer Vorrichtung verwendet werden. Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung kann noch alternativ dazu als Leistungskonditionierer für ein photovoltaische Leistung erzeugendes System, ein System zur Speicherung von Elektrizität verwendet werden.Further, in the electric power conversion device to which the present invention is applied, the above-mentioned load is not limited to an electric motor. For example, the load can also be used as a power supply device for an electrical discharge machine, a laser beam machine, a cooking device with induction heating or a system for the contactless power supply of a device. The electrical power conversion device may alternatively be used as a power conditioner for a photovoltaic power generating system, a system for storing electricity.
BezugszeichenlisteReference list
2 Halbleiterchip; 3 Emitterelektrode (Oberflächenelektrode); 4 Gateelektrode (Oberflächenelektrode); 9 Kontakt- bzw. Lead-Elektrode; 8 leitfähiges Bondingelement; 8a erstes Bondingelement; 8b zweites Bondingelement; 10, 11 Signaldraht; 12 Versiegelungselement; 13 Metallteilchen; 14 stark haftendes Element; 200 elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung; 201 Hauptumwandlungsschaltung; 202 Halbleitermodul; 203 Steuerschaltung2 semiconductor chip; 3 emitter electrode (surface electrode); 4 gate electrode (surface electrode); 9 contact or lead electrode; 8 conductive bonding element; 8a first bonding element; 8b second bonding element; 10, 11 signal wire; 12 sealing element; 13 metal particles; 14 highly adhesive element; 200 electric power conversion device; 201 main conversion circuit; 202 semiconductor module; 203 control circuit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- JP 2005101293 A [0005]JP 2005101293 A [0005]
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2017/031807 WO2019043950A1 (en) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | Semiconductor module and power conversion device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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